JP3935060B2 - 無段変速機用金属ベルト - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無端状の金属リングを複数枚積層した金属リング集合体と、金属リング集合体が嵌合するリングスロットにクラウニングを施したサドル面を形成した多数の金属エレメントとから構成され、ドライブプーリおよびドリブンプーリに巻き掛けられて駆動力の伝達を行う無段変速機用金属ベルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の無段変速機用金属ベルトにおいて、金属エレメントのサドル面にクラウニングを施すことにより、サドル面に支持される金属リング集合体をセンタリングするものが、下記特許文献１〜特許文献３により公知である。
【０００３】
特許文献１に記載されたものは、金属エレメントのサドル面の幅方向中央位置に対してクラウニングのピーク位置を外側（プーリＶ面側）に偏倚させたもので、金属リング集合体の内端が金属エレメントのネック部と干渉して耐久性が低下するのを防止している。
【０００４】
また特許文献２に記載されたものは、金属エレメントのサドル面の曲率半径Ｒ１に対する金属リング集合体の曲率半径Ｒ２の比Ｒ２／Ｒ１を所定範囲に規定することにより、金属リングの外周面の最大引張応力の低減を図っている。
【０００５】
また特許文献３に記載されたものは、金属エレメントのサドル面の曲率半径をＲ１とし、金属リング集合体の曲率半径をＲ２としたときに、
（１／Ｒ１）−（１／Ｒ２）＞−５
が成立するように設定することで、金属リングの幅方向端部に局部応力が発生するのを防止している。
【０００６】
【特許文献１】
実公平２−５１３号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２０００−２９７８４８号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開２００１−２１４９５６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献１に記載されたものは、金属リング集合体がサドル面に対してクラウニングのみによってセンタリングされているので、金属リング集合体の幅方向の挙動を充分に安定させることが難しく、何らかの理由で金属リング集合体が幅方向に移動した場合に金属エレメントのネック部と干渉して耐久性が低下する可能性がある。また偏倚量が限定されていないため、プーリＶ面との非常に強い干渉により、金属リング集合体のプーリＶ面側の端部が摩耗する虞がある。
【００１０】
また上記特許文献２に記載されたものは、サドル面の曲率半径および金属リング集合体の曲率半径を規定する際の着目点が金属リングの外周面の最大引張応力であるが、実験により好適領域を決定する際の条件である金属リング集合体の張力および曲率半径が適切な値であったか否かが不明であるばかりか、金属リング集合体の破損は内周面側から発生することが殆どであり、金属リング集合体の外周面の最大引張応力に着目するのは不適切である。
【００１１】
また上記特許文献３に記載されたものは、サドル面の曲率と金属リング集合体の曲率との関係を規定することで金属リングの幅方向端部の局部応力の低減を図るものであるが、その好適範囲を規定する際の根拠となる数値的な説明が全くなされていない。
【００１２】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、金属リング集合体の幅方向外端をプーリＶ面に適切な強さで接触させることで、金属リング集合体の幅方向内端が金属エレメントのネック部に接触して耐久性が低下するのを防止することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、無端状の金属リングを複数枚積層し、自由状態においてクラウニングを施した金属リング集合体と、金属リング集合体が嵌合するリングスロットにクラウニングを施したサドル面を形成した多数の金属エレメントとから構成され、ドライブプーリおよびドリブンプーリに巻き掛けられて駆動力の伝達を行う無段変速機用金属ベルトにおいて、サドル面のクラウニングの頂点の位置をサドル面の幅方向中央位置よりも幅方向外側に偏倚させて金属リング集合体の幅方向外端をプーリＶ面に当接させるとともに、前記偏倚量を、０よりも大きく、かつ金属リング集合体の幅からサドル面の幅を引いた値の半分以下としたことを特徴とする無段変速機用金属ベルトが提案される。
【００１４】
上記構成によれば、金属エレメントのサドル面のクラウニングの頂点の位置をサドル面の幅方向中央位置よりも幅方向外側に偏倚させることで、金属リング集合体の幅方向外端をプーリＶ面に当接させたので、プーリＶ面で金属リング集合体を幅方向に位置決めして挙動を安定させ、金属リング集合体の幅方向内端が金属エレメントのネック部に接触するのを防止することができる。プーリＶ面は金属エレメントのネック部に比べて滑らかで段差が存在しないので、金属リング集合体の耐久性を高めることができる。またサドル面のクラウニングの頂点の位置を幅方向外側に偏倚させたことで、金属リング集合体の面圧や応力が増加して耐久性に悪影響を及ぼすこともない。しかも前記偏倚量を、０よりも大きく、かつ金属リング集合体の幅からサドル面の幅を引いた値の半分以下に設定したので、金属リング集合体の幅方向外側がプーリＶ面に強く接触し過ぎるのを防止して接触応力を低減することができ、更に金属リング集合体の耐久性を確保することができる。
【００１５】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、金属エレメントのサドル面のクラウニングの曲率半径と、自由状態における金属リング集合体のクラウニングの曲率半径との比を、金属リング集合体に加わる負荷に応じて設定したことを特徴とする無段変速機用金属ベルトが提案される。
【００１６】
上記構成によれば、金属エレメントのサドル面および金属リング集合体の曲率半径の比を金属リング集合体に加わる負荷に応じて設定したので、金属リング集合体のうち、最も破損開始点となり易い最内周の金属リングの内周面の負荷を軽減して耐久性を更に向上させることができる。
【００１７】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記比の値は、運転中のサドル面の両端からの金属リング集合体のオーバーハング量が同一になる偏倚量において、０．５〜１．０の範囲であることを特徴とする無段変速機用金属ベルトが提案される。
【００１８】
上記構成によれば、サドル面の両端からの金属リング集合体のオーバーハング量が同一になる偏倚量において、前記比の値を０．５〜１．０の範囲に設定したので、最内周の金属リングの内周面の摩耗に起因する破損を確実に防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
図１〜図１２は本発明の一実施例を示すもので、図１は無段変速機を搭載した車両の動力伝達系のスケルトン図、図２は金属ベルトの部分斜視図、図３は金属エレメントの正面図、図４は金属リング集合体の内端および金属エレメントのネック部間の距離とオフセット量との関係を示すグラフ、図５は最内周の金属リングの最大面圧とオフセット量との関係を示すグラフ、図６は種々のオフセット量に対応する最内周の金属リングの最大面圧を示すグラフ、図７は種々のオフセット量に対応する金属リングの最大応力を示すグラフ、図８はサドル面の曲率半径を変化させた場合の金属リングの内面の幅方向の面圧分布を示すグラフ、図９は金属リング集合体の曲率半径とサドル面の曲率半径との比Ｒｒ／Ｒｓに対する金属リングの内面の面圧の変化を示すグラフ、図１０はサドル面の曲率半径に対する最内周の金属リングの応力振幅の変化を示すグラフ、図１１は金属リング集合体の曲率半径とサドル面の曲率半径との比Ｒｒ／Ｒｓに対する最内周の金属リングの応力振幅の変化を示すグラフ、図１２は金属リング集合体の曲率半径とサドル面の曲率半径との比Ｒｒ／Ｒｓおよびオフセット量の好適な領域を示すグラフである。
【００２０】
尚、本実施例で用いる金属エレメントの前後方向、左右方向、半径方向の定義は図２に示されている。半径方向はその金属エレメントが当接するプーリの半径方向として定義されるもので、プーリの回転軸に近い側が半径方向内側であり、プーリの回転軸に遠い側が半径方向外側である。また左右方向は金属エレメントが当接するプーリの回転軸に沿う方向として定義され、前後方向は金属エレメントの車両の前進走行時における進行方向に沿う方向として定義される。
【００２１】
図１は自動車に搭載された金属ベルト式無段変速機Ｔの概略構造を示すもので、エンジンＥのクランクシャフト１にダンパー２を介して接続されたインプットシャフト３は発進用クラッチ４を介して金属ベルト式無段変速機Ｔのドライブシャフト５に接続される。ドライブシャフト５に設けられたドライブプーリ６は、ドライブシャフト５に固着された固定側プーリ半体７と、この固定側プーリ半体７に対して接離可能な可動側プーリ半体８とを備えており、可動側プーリ半体８は油室９に作用する油圧で固定側プーリ半体７に向けて付勢される。
【００２２】
ドライブシャフト５と平行に配置されたドリブンシャフト１０に設けられたドリブンプーリ１１は、ドリブンシャフト１０に固着された固定側プーリ半体１２と、この固定側プーリ半体１２に対して接離可能な可動側プーリ半体１３とを備えており、可動側プーリ半体１３は油室１４に作用する油圧で固定側プーリ半体１２に向けて付勢される。ドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１間に、左右の一対の金属リング集合体３１，３１に多数の金属エレメント３２…を支持してなる金属ベルト１５が巻き掛けられる（図２参照）。それぞれの金属リング集合体３１は、１２枚の金属リング３３…を積層してなる。
【００２３】
ドリブンシャフト１０には前進用ドライブギヤ１６および後進用ドライブギヤ１７が相対回転自在に支持されており、これら前進用ドライブギヤ１６および後進用ドライブギヤ１７はセレクタ１８により選択的にドリブンシャフト１０に結合可能である。ドリブンシャフト１０と平行に配置されたアウトプットシャフト１９には、前記前進用ドライブギヤ１６に噛合する前進用ドリブンギヤ２０と、前記後進用ドライブギヤ１７に後進用アイドルギヤ２１を介して噛合する後進用ドリブンギヤ２２とが固着される。
【００２４】
アウトプットシャフト１９の回転はファイナルドライブギヤ２３およびファイナルドリブンギヤ２４を介してディファレンシャルギヤ２５に入力され、そこから左右のアクスル２６，２６を介して駆動輪Ｗ，Ｗに伝達される。
【００２５】
しかして、エンジンＥの駆動力はクランクシャフト１、ダンパー２、インプットシャフト３、発進用クラッチ４、ドライブシャフト５、ドライブプーリ６、金属ベルト１５およびドリブンプーリ１１を介してドリブンシャフト１０に伝達される。前進走行レンジが選択されているとき、ドリブンシャフト１０の駆動力は前進用ドライブギヤ１６および前進用ドリブンギヤ２０を介してアウトプットシャフト１９に伝達され、車両を前進走行させる。また後進走行レンジが選択されているとき、ドリブンシャフト１０の駆動力は後進用ドライブギヤ１７、後進用アイドルギヤ２１および後進用ドリブンギヤ２２を介してアウトプットシャフト１９に伝達され、車両を後進走行させる。
【００２６】
このとき、金属ベルト式無段変速機Ｔのドライブプーリ６の油室９およびドリブンプーリ１１の油室１４に作用する油圧を、電子制御ユニットＵ１からの指令で作動する油圧制御ユニットＵ２で制御することにより、そのレシオが無段階に調整される。即ち、ドライブプーリ６の油室９に作用する油圧に対してドリブンプーリ１１の油室１４に作用する油圧を相対的に増加させれば、ドリブンプーリ１１の溝幅が減少して有効半径が増加し、これに伴ってドライブプーリ６の溝幅が増加して有効半径が減少するため、金属ベルト式無段変速機ＴのレシオはＬＯＷ（最大レシオの状態）に向かって無段階に変化する。逆にドリブンプーリ１１の油室１４に作用する油圧に対してドライブプーリ６の油室９に作用する油圧を相対的に増加させれば、ドライブプーリ６の溝幅が減少して有効半径が増加し、これに伴ってドリブンプーリ１１の溝幅が増加して有効半径が減少するため、金属ベルト式無段変速機ＴのレシオはＯＤ（最小レシオの状態）に向かって無段階に変化する。
【００２７】
図２および図３に示すように、金属板材から打ち抜いて成形した金属エレメント３２は、概略台形状のエレメント本体３４と、金属リング集合体３１，３１が嵌合する左右一対のリングスロット３５，３５間に位置するネック部３６と、ネック部３６を介して前記エレメント本体３４の上部に接続される概略三角形のイヤー部３７とを備える。エレメント本体３４の左右方向両端部には、ドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１のプーリＶ面４５，４５に当接可能な一対のプーリ当接面３９，３９が形成される。また金属エレメント３２の進行方向前側および後側には相互に当接する主面４０がそれぞれ形成され、また進行方向前側の主面４０の下部には左右方向に延びるロッキングエッジ４１を介して傾斜面４２が形成される。更に、前後に隣接する金属エレメント３２，３２を結合すべく、イヤー部３７の前後面に相互に嵌合可能な凸部４３および凹部（図示せず）が形成される。そして左右のリングスロット３５，３５の下縁に、金属リング集合体３１，３１の内周面を支持するサドル面４４，４４が形成される。
【００２８】
図３から明らかなように、各々のサドル面４４はクラウニングによって円弧状に湾曲しており、そのクラウニングの曲率半径はＲｓとされる。また金属リング集合体３１もクラウニングによって円弧状に湾曲しており、その自由状態における曲率半径はサドル面４４の曲率半径はＲｓと異なるＲｒとされる。但し、金属リング集合体３１，３１に金属エレメント３２…を装着した状態では、金属リング集合体３１，３１に作用する張力によってサドル面４４，４４に金属リング集合体３１，３１の内周面が密着し、その曲率半径Ｒｒはサドル面４４の曲率半径Ｒｓに一致する。実施例では、サドル面４４，４４の曲率半径Ｒｓは１５５ｍｍに設定され、金属リング集合体３１，３１の自由状態における曲率半径Ｒｒは１１８ｍｍに設定される。
【００２９】
また実施例ではサドル面４４の左右方向幅は８．３ｍｍに設定されるとともに、金属リング集合体３１の左右方向幅は９．２ｍｍに設定されており、金属リング集合体３１の幅はサドル面４４の幅よりも９．２ｍｍ−８．３ｍｍ＝０．９ｍｍだけ長くなっている。またサドル面４４の幅方向中央位置ｓに対して、サドル面４４のクラウニングのピーク位置ｐ（最も突出した位置）は幅方向外側（金属エレメント３２の中心から遠い側）に０．３ｍｍだけオフセットしている。その結果、金属リング集合体３１の外端はサドル面４４の外端から（０．９ｍｍ／２）＋０．３ｍｍ＝０．７５ｍｍだけ外側に突出し、金属リング集合体３１の内端はサドル面４４の内端から（０．９ｍｍ／２）−０．３ｍｍ＝０．１５ｍｍだけ内側に突出することになる。
【００３０】
しかしながら、金属リング集合体３１の外端がサドル面４４の外端から０．７５ｍｍだけ外側に突出しようとしても、ドライブプーリ６あるいはドリブンプーリ１１のプーリＶ面４５に接触して突出を阻止されるため、実際の突出量は０．７５ｍｍよりも小さく抑えられる。その結果、金属リング集合体３１の外端はプーリＶ面４５に軽く押し付けられることになり、金属リング集合体３１を幅方向に位置決めして挙動を安定させることができる。しかも、プーリＶ面４５は滑らかに仕上げられており、かつ金属リング集合体３１のプーリＶ面４５への押付力は小さいため、金属リング集合体３１の耐久性に悪影響が及ぶことはない。
【００３１】
一方、金属リング集合体３１の内端が金属エレメント３２のネック３６に接触すると仮定すると、多数個が積み重ねられた金属エレメント３２…のネック部３６…間に段差が発生することから、その段差に接触する金属リング集合体３１の内端が摩耗して耐久性が低下する可能性がある。しかしながら、本実施例では、サドル面４４の幅方向中央位置ｓに対してサドル面４４のクラウニングのピーク位置ｐが外側にオフセットしているため、金属リング集合体３１の内端とネック部３６との間に充分な間隔が確保されて接触が防止される。
【００３２】
図４には、金属リング集合体３１の内端およびネック部３６間の距離Ｄ（図３参照）が、オフセット量によって変化する様子を示すものである。オフセット量０．３ｍｍは本実施例に対応するもので、オフセット量−０．７ｍｍおよびオフセット量−１．７ｍｍのものは、サドル面４４の幅方向中央位置ｓに対してサドル面４４のクラウニングのピーク位置ｐを内側（ネック部３６側）にオフセットしたものである。オフセット量０．３ｍｍのもの（実施例）は、金属エレメント３２の左右両側で金属リング集合体３１の内端およびネック部３６との距離Ｄが１．７２ｍｍ〜１．５２ｍｍ確保され、金属リング集合体３１およびネック部３６が干渉する虞はない。オフセット量−０．７ｍｍのものは、距離Ｄが０．４７ｍｍに減少しており、干渉が発生する虞がある。またオフセット量−１．７ｍｍのものは、距離Ｄが負値になっており、常時干渉が発生している。また図４より、オフセット量が０ｍｍより大であれば、金属リング集合体３１はプーリＶ面４５に安定して接することができる。
【００３３】
図５は、金属ベルト１５がドリブンプーリ１１に巻き付いた部分において、金属リング集合体３１の最内周の金属リング３３の最大面圧Ｐｍａｘが、オフセット量によってどのように変化するかを示している。同図から明らかなように、金属リング３３の最大面圧Ｐｍａｘは、オフセット量０．３ｍｍのものにおいてオフセット量−０．７ｍｍのものよりも低い。更に、オフセット量−１．７ｍｍのものは、オフセット量−０．７ｍｍのものよりも低い。
【００３４】
図６は、図５のグラフから導いた、各オフセット量に応じて発生する最大面圧Ｐｍａｘを示すものである。即ち、オフセット量０．３ｍｍでは最大面圧Ｐｍａｘ＝４０ＭＰａが発生し、オフセット量−０．７ｍｍでは最大面圧Ｐｍａｘ＝５０ＭＰａが発生し、オフセット量−１．７ｍｍでは最大面圧Ｐｍａｘ＝３５ＭＰａが発生していることが分かる。
【００３５】
金属ベルト１５がドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１に巻き掛けられて回転するとき、その金属リング３３には金属ベルト１５の張力による引張応力と、金属リング３３の曲げによる引張応力（あるいは圧縮応力）とを加算した応力が作用し、その応力が金属リング１５の一回転毎に周期的に変化する。
【００３６】
図７のグラフは、サドル面４４の曲率半径Ｒｓを１５５ｍｍに設定し、金属リング集合体３１の自由状態での曲率半径Ｒｒを１１８ｍｍに設定した場合の、金属リング３３の最大応力σｍａｘを３種類のオフセット量について示すものである。
【００３７】
前述したように、オフセット量−１．７ｍｍのものは、金属リング集合体３１およびネック部３６が常時干渉するため実用には適しておらず、残りのオフセット量−０．７ｍｍのものとオフセット量０．３ｍｍ（実施例）のものとを比較すると、オフセット量０．３ｍｍのものの方が最大応力σｍａｘが低くなっており、耐久性の点で優れていることが分かる。
【００３８】
次に、サドル面４４の曲率半径Ｒｓと金属リング集合体３１の自由状態での曲率半径Ｒｒとの関係について考察する。
【００３９】
図８のグラフは、金属リング集合体３１の自由状態での曲率半径Ｒｒを一定値１１８ｍｍに保ったまま、サドル面４４の曲率半径Ｒｓを１００ｍｍ、１５５ｍｍ（実施例）、２１０ｍｍおよび３００ｍｍの４種類に変化させた場合の、金属リング３３の内面の幅方向の面圧分布を示している。
【００４０】
図９のグラフは、横軸をＲｓ（つまりＲｒを一定値１１８ｍｍとしたときの比Ｒｒ／Ｒｓ）として、前記図７のグラフのＮ部のデータ（ネックサイド）およびＳ部のデータ（幅方向中央部）を書き換えたものである。同図から明らかなように、サドル面４４の曲率半径Ｒｓ増加させることで比Ｒｒ／Ｒｓを減少させるに伴い、金属リング３３の幅方向中央部の面圧は次第に減少するが、金属リング３３のネックサイドの面圧は急激に増加することが分かる。つまり、比Ｒｒ／Ｒｓが０．５以下の領域（サドル面４４の曲率半径Ｒｓが２３６ｍｍ以上の領域）では、ネックサイドの面圧が急激に増加して金属リング集合体３１の耐久性が低下することが分かる。
【００４１】
図１０のグラフは、金属リング集合体３１の自由状態での曲率半径Ｒｒを一定値１１８ｍｍに保ったまま、サドル面４４の曲率半径Ｒｓを１００ｍｍ、１５５ｍｍ（実施例）、２１０ｍｍおよび３００ｍｍの４種類に変化させた場合の、最内周の金属リング３３の応力振幅σａの分布を示している。
【００４２】
図１１のグラフは、横軸をＲｓ（つまりＲｒを一定値１１８ｍｍとしたときの比Ｒｒ／Ｒｓ）として、前記図１０のグラフの４種の応力振幅σａ（左右のネックサイドおよび左右のプーリサイド）の平均値を示すものである。同図から明らかなように、サドル面４４の曲率半径Ｒｓを減少させることで比Ｒｒ／Ｒｓを増加させるに伴い、応力振幅σａの平均値は次第に増加するが、比Ｒｒ／Ｒｓが１．０以上の領域（サドル面４４の曲率半径Ｒｓが１１８ｍｍ以下の領域）では、応力振幅σａの平均値が急激に増加して金属リング集合体３１の耐久性が低下することが分かる。
【００４３】
図１２のグラフは、横軸にオフセット量をとり、縦軸に比Ｒｒ／Ｒｓをとったものであり、白抜きの領域がオフセット量および比Ｒｒ／Ｒｓの好適な組み合わせを示している。 オフセット量＝−１．７ｍｍを示すラインａの左側は、金属リング集合体３１の内端が金属エレメント３２のネック部３６と干渉する理由で不適切な領域である。オフセット量＝（９．２−８．３）／２＝０．４５ｍｍを示すラインｂの右側は、金属リング集合体３１の外端がプーリＶ面４５に強く接触し過ぎる理由で不適切な領域である。
【００４４】
ラインｃは、オフセット量０．３ｍｍに対応する図９の不適切な領域、つまり金属リング集合体３１のネックサイドの面圧が急激に立ち上がる比Ｒｒ／Ｒｓを種々のオフセット量についてプロットしたもので、そのラインｃの下側は、金属リング集合体３１のネックサイドの面圧が急激に立ち上がるという理由で不適切な領域である。オフセット量０．３ｍｍに対するラインｃの交点はＲｒ／Ｒｓ＝０．５である。ラインｃは、図６および図９の関係により決定される。
【００４５】
図１２のＢ点の説明は以下のとおりである。図６より、オフセット量０．３ｍｍ→−０．７ｍｍにて、最大面圧が２５％増加（４０ＭＰａ→５０ＭＰａ）し、その分を比Ｒｒ／Ｒｓでキャンセルするには、図９より限界値０．５を０．５６にする必要がある（２０ＭＰａ→１５ＭＰａ）。
【００４６】
ラインｄは、オフセット量０．３ｍｍに対応する図１１の不適切な領域、つまり金属リング３３の応力の幅方向の平均値が急激に立ち上がる比Ｒｒ／Ｒｓを種々のオフセット量についてプロットしたもので、そのラインｄの上側は、金属リング３３の応力の幅方向の平均値が急激に立ち上がるという理由で不適切な領域である。オフセット量０．３ｍｍに対するラインｄの交点はＲｒ／Ｒｓ＝１．０である。ラインｄは、図７および図１１の関係により決定される。
【００４７】
図１２のＡ点の説明は以下のとおりである。図７より、オフセット量０．３ｍｍ→−０．７ｍｍにて、最大応力が２．５％増加（７２０ＭＰａ→７３８ＭＰａ）し、その分を比Ｒｒ／Ｒｓでキャンセルするには、図１１より限界値１．０を０．６５にする必要がある（５９５ＭＰａ→５８０ＭＰａ）。
【００４８】
ラインｅは図４による、金属リング集合体３１の端部がプーリＶ面４５に付勢されるか否かの境界線であり、全く接しないオフセット量０ｍｍ以下は金属リング集合体３１の挙動が不安定で不適切である。
【００４９】
つまり、ラインｅ，ｂ，ｄ，ｃで囲まれた領域では、金属リング集合体３１のセンタリングが適切に行われ、金属リング集合体３１の端部の摩耗も発生せず、かつ最内周の金属リング３３の内面の面圧を低く抑えて摩耗を抑制することができ、しかも最内周の金属リング３３の応力を低く抑えることができる。その結果として、金属ベルト１５の充分な耐久性を確保することができる。
【００５０】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００５１】
例えば、サドル面４４の曲率半径Ｒｓ、金属リング集合体３１の曲率半径Ｒｒ、オフセット量等の値は実施例に限定されず、適宜変更可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、金属エレメントのサドル面のクラウニングの頂点の位置をサドル面の幅方向中央位置よりも幅方向外側に偏倚させることで、金属リング集合体の幅方向外端をプーリＶ面に当接させたので、プーリＶ面で金属リング集合体を幅方向に位置決めして挙動を安定させ、金属リング集合体の幅方向内端が金属エレメントのネック部に接触するのを防止することができる。プーリＶ面は金属エレメントのネック部に比べて滑らかで段差が存在しないので、金属リング集合体の耐久性を高めることができる。またサドル面のクラウニングの頂点の位置を幅方向外側に偏倚させたことで、金属リング集合体の面圧や応力が増加して耐久性に悪影響を及ぼすこともない。しかも前記偏倚量を、０よりも大きく、かつ金属リング集合体の幅からサドル面の幅を引いた値の半分以下に設定したので、金属リング集合体の幅方向外側がプーリＶ面に強く接触し過ぎるのを防止して接触応力を低減することができ、更に金属リング集合体の耐久性を確保することができる。
【００５３】
また請求項２に記載された発明によれば、金属エレメントのサドル面および金属リング集合体の曲率半径の比を金属リング集合体に加わる負荷に応じて設定したので、金属リング集合体のうち、最も破損開始点となり易い最内周の金属リングの内周面の負荷を軽減して耐久性を更に向上させることができる。
【００５４】
また請求項３に記載された発明によれば、サドル面の両端からの金属リング集合体のオーバーハング量が同一になる偏倚量において、前記比の値を０．５〜１．０の範囲に設定したので、最内周の金属リングの内周面の摩耗に起因する破損を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ベルト式無段変速機を搭載した車両の動力伝達系のスケルトン図
【図２】 金属ベルト部分斜視図
【図３】 金属エレメントの正面図
【図４】 金属リング集合体の内端および金属エレメントのネック部間の距離とオフセット量との関係を示すグラフ
【図５】 最内周の金属リングの最大面圧とオフセット量との関係を示すグラフ
【図６】 種々のオフセット量に対応する最内周の金属リングの最大面圧を示すグラフ
【図７】 種々のオフセット量に対応する金属リングの最大応力を示すグラフ
【図８】 サドル面の曲率半径を変化させた場合の金属リングの内面の幅方向の面圧分布を示すグラフ
【図９】 金属リング集合体の曲率半径とサドル面の曲率半径との比Ｒｒ／Ｒｓに対する金属リングの内面の面圧の変化を示すグラフ
【図１０】 サドル面の曲率半径に対する最内周の金属リングの応力振幅の変化を示すグラフ
【図１１】 金属リング集合体の曲率半径とサドル面の曲率半径との比Ｒｒ／Ｒｓに対する最内周の金属リングの応力振幅の変化を示すグラフ
【図１２】 金属リング集合体の曲率半径とサドル面の曲率半径との比Ｒｒ／Ｒｓおよびオフセット量の好適な領域を示すグラフ
【符号の説明】
６ ドライブプーリ
１１ ドリブンプーリ
３１ 金属リング集合体
３３ 金属リング
３５ リングスロット
４４ サドル面
４５ プーリＶ面
ｐ クラウニングの頂点
ｓ サドル面の幅方向中央位置
Ｒｓ サドル面のクラウニングの曲率半径
Ｒｒ 金属リング集合体のクラウニングの曲率半径
Ｒｒ／Ｒｓ 比
【発明の属する技術分野】
本発明は、無端状の金属リングを複数枚積層した金属リング集合体と、金属リング集合体が嵌合するリングスロットにクラウニングを施したサドル面を形成した多数の金属エレメントとから構成され、ドライブプーリおよびドリブンプーリに巻き掛けられて駆動力の伝達を行う無段変速機用金属ベルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の無段変速機用金属ベルトにおいて、金属エレメントのサドル面にクラウニングを施すことにより、サドル面に支持される金属リング集合体をセンタリングするものが、下記特許文献１〜特許文献３により公知である。
【０００３】
特許文献１に記載されたものは、金属エレメントのサドル面の幅方向中央位置に対してクラウニングのピーク位置を外側（プーリＶ面側）に偏倚させたもので、金属リング集合体の内端が金属エレメントのネック部と干渉して耐久性が低下するのを防止している。
【０００４】
また特許文献２に記載されたものは、金属エレメントのサドル面の曲率半径Ｒ１に対する金属リング集合体の曲率半径Ｒ２の比Ｒ２／Ｒ１を所定範囲に規定することにより、金属リングの外周面の最大引張応力の低減を図っている。
【０００５】
また特許文献３に記載されたものは、金属エレメントのサドル面の曲率半径をＲ１とし、金属リング集合体の曲率半径をＲ２としたときに、
（１／Ｒ１）−（１／Ｒ２）＞−５
が成立するように設定することで、金属リングの幅方向端部に局部応力が発生するのを防止している。
【０００６】
【特許文献１】
実公平２−５１３号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２０００−２９７８４８号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開２００１−２１４９５６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献１に記載されたものは、金属リング集合体がサドル面に対してクラウニングのみによってセンタリングされているので、金属リング集合体の幅方向の挙動を充分に安定させることが難しく、何らかの理由で金属リング集合体が幅方向に移動した場合に金属エレメントのネック部と干渉して耐久性が低下する可能性がある。また偏倚量が限定されていないため、プーリＶ面との非常に強い干渉により、金属リング集合体のプーリＶ面側の端部が摩耗する虞がある。
【００１０】
また上記特許文献２に記載されたものは、サドル面の曲率半径および金属リング集合体の曲率半径を規定する際の着目点が金属リングの外周面の最大引張応力であるが、実験により好適領域を決定する際の条件である金属リング集合体の張力および曲率半径が適切な値であったか否かが不明であるばかりか、金属リング集合体の破損は内周面側から発生することが殆どであり、金属リング集合体の外周面の最大引張応力に着目するのは不適切である。
【００１１】
また上記特許文献３に記載されたものは、サドル面の曲率と金属リング集合体の曲率との関係を規定することで金属リングの幅方向端部の局部応力の低減を図るものであるが、その好適範囲を規定する際の根拠となる数値的な説明が全くなされていない。
【００１２】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、金属リング集合体の幅方向外端をプーリＶ面に適切な強さで接触させることで、金属リング集合体の幅方向内端が金属エレメントのネック部に接触して耐久性が低下するのを防止することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、無端状の金属リングを複数枚積層し、自由状態においてクラウニングを施した金属リング集合体と、金属リング集合体が嵌合するリングスロットにクラウニングを施したサドル面を形成した多数の金属エレメントとから構成され、ドライブプーリおよびドリブンプーリに巻き掛けられて駆動力の伝達を行う無段変速機用金属ベルトにおいて、サドル面のクラウニングの頂点の位置をサドル面の幅方向中央位置よりも幅方向外側に偏倚させて金属リング集合体の幅方向外端をプーリＶ面に当接させるとともに、前記偏倚量を、０よりも大きく、かつ金属リング集合体の幅からサドル面の幅を引いた値の半分以下としたことを特徴とする無段変速機用金属ベルトが提案される。
【００１４】
上記構成によれば、金属エレメントのサドル面のクラウニングの頂点の位置をサドル面の幅方向中央位置よりも幅方向外側に偏倚させることで、金属リング集合体の幅方向外端をプーリＶ面に当接させたので、プーリＶ面で金属リング集合体を幅方向に位置決めして挙動を安定させ、金属リング集合体の幅方向内端が金属エレメントのネック部に接触するのを防止することができる。プーリＶ面は金属エレメントのネック部に比べて滑らかで段差が存在しないので、金属リング集合体の耐久性を高めることができる。またサドル面のクラウニングの頂点の位置を幅方向外側に偏倚させたことで、金属リング集合体の面圧や応力が増加して耐久性に悪影響を及ぼすこともない。しかも前記偏倚量を、０よりも大きく、かつ金属リング集合体の幅からサドル面の幅を引いた値の半分以下に設定したので、金属リング集合体の幅方向外側がプーリＶ面に強く接触し過ぎるのを防止して接触応力を低減することができ、更に金属リング集合体の耐久性を確保することができる。
【００１５】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、金属エレメントのサドル面のクラウニングの曲率半径と、自由状態における金属リング集合体のクラウニングの曲率半径との比を、金属リング集合体に加わる負荷に応じて設定したことを特徴とする無段変速機用金属ベルトが提案される。
【００１６】
上記構成によれば、金属エレメントのサドル面および金属リング集合体の曲率半径の比を金属リング集合体に加わる負荷に応じて設定したので、金属リング集合体のうち、最も破損開始点となり易い最内周の金属リングの内周面の負荷を軽減して耐久性を更に向上させることができる。
【００１７】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記比の値は、運転中のサドル面の両端からの金属リング集合体のオーバーハング量が同一になる偏倚量において、０．５〜１．０の範囲であることを特徴とする無段変速機用金属ベルトが提案される。
【００１８】
上記構成によれば、サドル面の両端からの金属リング集合体のオーバーハング量が同一になる偏倚量において、前記比の値を０．５〜１．０の範囲に設定したので、最内周の金属リングの内周面の摩耗に起因する破損を確実に防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
図１〜図１２は本発明の一実施例を示すもので、図１は無段変速機を搭載した車両の動力伝達系のスケルトン図、図２は金属ベルトの部分斜視図、図３は金属エレメントの正面図、図４は金属リング集合体の内端および金属エレメントのネック部間の距離とオフセット量との関係を示すグラフ、図５は最内周の金属リングの最大面圧とオフセット量との関係を示すグラフ、図６は種々のオフセット量に対応する最内周の金属リングの最大面圧を示すグラフ、図７は種々のオフセット量に対応する金属リングの最大応力を示すグラフ、図８はサドル面の曲率半径を変化させた場合の金属リングの内面の幅方向の面圧分布を示すグラフ、図９は金属リング集合体の曲率半径とサドル面の曲率半径との比Ｒｒ／Ｒｓに対する金属リングの内面の面圧の変化を示すグラフ、図１０はサドル面の曲率半径に対する最内周の金属リングの応力振幅の変化を示すグラフ、図１１は金属リング集合体の曲率半径とサドル面の曲率半径との比Ｒｒ／Ｒｓに対する最内周の金属リングの応力振幅の変化を示すグラフ、図１２は金属リング集合体の曲率半径とサドル面の曲率半径との比Ｒｒ／Ｒｓおよびオフセット量の好適な領域を示すグラフである。
【００２０】
尚、本実施例で用いる金属エレメントの前後方向、左右方向、半径方向の定義は図２に示されている。半径方向はその金属エレメントが当接するプーリの半径方向として定義されるもので、プーリの回転軸に近い側が半径方向内側であり、プーリの回転軸に遠い側が半径方向外側である。また左右方向は金属エレメントが当接するプーリの回転軸に沿う方向として定義され、前後方向は金属エレメントの車両の前進走行時における進行方向に沿う方向として定義される。
【００２１】
図１は自動車に搭載された金属ベルト式無段変速機Ｔの概略構造を示すもので、エンジンＥのクランクシャフト１にダンパー２を介して接続されたインプットシャフト３は発進用クラッチ４を介して金属ベルト式無段変速機Ｔのドライブシャフト５に接続される。ドライブシャフト５に設けられたドライブプーリ６は、ドライブシャフト５に固着された固定側プーリ半体７と、この固定側プーリ半体７に対して接離可能な可動側プーリ半体８とを備えており、可動側プーリ半体８は油室９に作用する油圧で固定側プーリ半体７に向けて付勢される。
【００２２】
ドライブシャフト５と平行に配置されたドリブンシャフト１０に設けられたドリブンプーリ１１は、ドリブンシャフト１０に固着された固定側プーリ半体１２と、この固定側プーリ半体１２に対して接離可能な可動側プーリ半体１３とを備えており、可動側プーリ半体１３は油室１４に作用する油圧で固定側プーリ半体１２に向けて付勢される。ドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１間に、左右の一対の金属リング集合体３１，３１に多数の金属エレメント３２…を支持してなる金属ベルト１５が巻き掛けられる（図２参照）。それぞれの金属リング集合体３１は、１２枚の金属リング３３…を積層してなる。
【００２３】
ドリブンシャフト１０には前進用ドライブギヤ１６および後進用ドライブギヤ１７が相対回転自在に支持されており、これら前進用ドライブギヤ１６および後進用ドライブギヤ１７はセレクタ１８により選択的にドリブンシャフト１０に結合可能である。ドリブンシャフト１０と平行に配置されたアウトプットシャフト１９には、前記前進用ドライブギヤ１６に噛合する前進用ドリブンギヤ２０と、前記後進用ドライブギヤ１７に後進用アイドルギヤ２１を介して噛合する後進用ドリブンギヤ２２とが固着される。
【００２４】
アウトプットシャフト１９の回転はファイナルドライブギヤ２３およびファイナルドリブンギヤ２４を介してディファレンシャルギヤ２５に入力され、そこから左右のアクスル２６，２６を介して駆動輪Ｗ，Ｗに伝達される。
【００２５】
しかして、エンジンＥの駆動力はクランクシャフト１、ダンパー２、インプットシャフト３、発進用クラッチ４、ドライブシャフト５、ドライブプーリ６、金属ベルト１５およびドリブンプーリ１１を介してドリブンシャフト１０に伝達される。前進走行レンジが選択されているとき、ドリブンシャフト１０の駆動力は前進用ドライブギヤ１６および前進用ドリブンギヤ２０を介してアウトプットシャフト１９に伝達され、車両を前進走行させる。また後進走行レンジが選択されているとき、ドリブンシャフト１０の駆動力は後進用ドライブギヤ１７、後進用アイドルギヤ２１および後進用ドリブンギヤ２２を介してアウトプットシャフト１９に伝達され、車両を後進走行させる。
【００２６】
このとき、金属ベルト式無段変速機Ｔのドライブプーリ６の油室９およびドリブンプーリ１１の油室１４に作用する油圧を、電子制御ユニットＵ１からの指令で作動する油圧制御ユニットＵ２で制御することにより、そのレシオが無段階に調整される。即ち、ドライブプーリ６の油室９に作用する油圧に対してドリブンプーリ１１の油室１４に作用する油圧を相対的に増加させれば、ドリブンプーリ１１の溝幅が減少して有効半径が増加し、これに伴ってドライブプーリ６の溝幅が増加して有効半径が減少するため、金属ベルト式無段変速機ＴのレシオはＬＯＷ（最大レシオの状態）に向かって無段階に変化する。逆にドリブンプーリ１１の油室１４に作用する油圧に対してドライブプーリ６の油室９に作用する油圧を相対的に増加させれば、ドライブプーリ６の溝幅が減少して有効半径が増加し、これに伴ってドリブンプーリ１１の溝幅が増加して有効半径が減少するため、金属ベルト式無段変速機ＴのレシオはＯＤ（最小レシオの状態）に向かって無段階に変化する。
【００２７】
図２および図３に示すように、金属板材から打ち抜いて成形した金属エレメント３２は、概略台形状のエレメント本体３４と、金属リング集合体３１，３１が嵌合する左右一対のリングスロット３５，３５間に位置するネック部３６と、ネック部３６を介して前記エレメント本体３４の上部に接続される概略三角形のイヤー部３７とを備える。エレメント本体３４の左右方向両端部には、ドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１のプーリＶ面４５，４５に当接可能な一対のプーリ当接面３９，３９が形成される。また金属エレメント３２の進行方向前側および後側には相互に当接する主面４０がそれぞれ形成され、また進行方向前側の主面４０の下部には左右方向に延びるロッキングエッジ４１を介して傾斜面４２が形成される。更に、前後に隣接する金属エレメント３２，３２を結合すべく、イヤー部３７の前後面に相互に嵌合可能な凸部４３および凹部（図示せず）が形成される。そして左右のリングスロット３５，３５の下縁に、金属リング集合体３１，３１の内周面を支持するサドル面４４，４４が形成される。
【００２８】
図３から明らかなように、各々のサドル面４４はクラウニングによって円弧状に湾曲しており、そのクラウニングの曲率半径はＲｓとされる。また金属リング集合体３１もクラウニングによって円弧状に湾曲しており、その自由状態における曲率半径はサドル面４４の曲率半径はＲｓと異なるＲｒとされる。但し、金属リング集合体３１，３１に金属エレメント３２…を装着した状態では、金属リング集合体３１，３１に作用する張力によってサドル面４４，４４に金属リング集合体３１，３１の内周面が密着し、その曲率半径Ｒｒはサドル面４４の曲率半径Ｒｓに一致する。実施例では、サドル面４４，４４の曲率半径Ｒｓは１５５ｍｍに設定され、金属リング集合体３１，３１の自由状態における曲率半径Ｒｒは１１８ｍｍに設定される。
【００２９】
また実施例ではサドル面４４の左右方向幅は８．３ｍｍに設定されるとともに、金属リング集合体３１の左右方向幅は９．２ｍｍに設定されており、金属リング集合体３１の幅はサドル面４４の幅よりも９．２ｍｍ−８．３ｍｍ＝０．９ｍｍだけ長くなっている。またサドル面４４の幅方向中央位置ｓに対して、サドル面４４のクラウニングのピーク位置ｐ（最も突出した位置）は幅方向外側（金属エレメント３２の中心から遠い側）に０．３ｍｍだけオフセットしている。その結果、金属リング集合体３１の外端はサドル面４４の外端から（０．９ｍｍ／２）＋０．３ｍｍ＝０．７５ｍｍだけ外側に突出し、金属リング集合体３１の内端はサドル面４４の内端から（０．９ｍｍ／２）−０．３ｍｍ＝０．１５ｍｍだけ内側に突出することになる。
【００３０】
しかしながら、金属リング集合体３１の外端がサドル面４４の外端から０．７５ｍｍだけ外側に突出しようとしても、ドライブプーリ６あるいはドリブンプーリ１１のプーリＶ面４５に接触して突出を阻止されるため、実際の突出量は０．７５ｍｍよりも小さく抑えられる。その結果、金属リング集合体３１の外端はプーリＶ面４５に軽く押し付けられることになり、金属リング集合体３１を幅方向に位置決めして挙動を安定させることができる。しかも、プーリＶ面４５は滑らかに仕上げられており、かつ金属リング集合体３１のプーリＶ面４５への押付力は小さいため、金属リング集合体３１の耐久性に悪影響が及ぶことはない。
【００３１】
一方、金属リング集合体３１の内端が金属エレメント３２のネック３６に接触すると仮定すると、多数個が積み重ねられた金属エレメント３２…のネック部３６…間に段差が発生することから、その段差に接触する金属リング集合体３１の内端が摩耗して耐久性が低下する可能性がある。しかしながら、本実施例では、サドル面４４の幅方向中央位置ｓに対してサドル面４４のクラウニングのピーク位置ｐが外側にオフセットしているため、金属リング集合体３１の内端とネック部３６との間に充分な間隔が確保されて接触が防止される。
【００３２】
図４には、金属リング集合体３１の内端およびネック部３６間の距離Ｄ（図３参照）が、オフセット量によって変化する様子を示すものである。オフセット量０．３ｍｍは本実施例に対応するもので、オフセット量−０．７ｍｍおよびオフセット量−１．７ｍｍのものは、サドル面４４の幅方向中央位置ｓに対してサドル面４４のクラウニングのピーク位置ｐを内側（ネック部３６側）にオフセットしたものである。オフセット量０．３ｍｍのもの（実施例）は、金属エレメント３２の左右両側で金属リング集合体３１の内端およびネック部３６との距離Ｄが１．７２ｍｍ〜１．５２ｍｍ確保され、金属リング集合体３１およびネック部３６が干渉する虞はない。オフセット量−０．７ｍｍのものは、距離Ｄが０．４７ｍｍに減少しており、干渉が発生する虞がある。またオフセット量−１．７ｍｍのものは、距離Ｄが負値になっており、常時干渉が発生している。また図４より、オフセット量が０ｍｍより大であれば、金属リング集合体３１はプーリＶ面４５に安定して接することができる。
【００３３】
図５は、金属ベルト１５がドリブンプーリ１１に巻き付いた部分において、金属リング集合体３１の最内周の金属リング３３の最大面圧Ｐｍａｘが、オフセット量によってどのように変化するかを示している。同図から明らかなように、金属リング３３の最大面圧Ｐｍａｘは、オフセット量０．３ｍｍのものにおいてオフセット量−０．７ｍｍのものよりも低い。更に、オフセット量−１．７ｍｍのものは、オフセット量−０．７ｍｍのものよりも低い。
【００３４】
図６は、図５のグラフから導いた、各オフセット量に応じて発生する最大面圧Ｐｍａｘを示すものである。即ち、オフセット量０．３ｍｍでは最大面圧Ｐｍａｘ＝４０ＭＰａが発生し、オフセット量−０．７ｍｍでは最大面圧Ｐｍａｘ＝５０ＭＰａが発生し、オフセット量−１．７ｍｍでは最大面圧Ｐｍａｘ＝３５ＭＰａが発生していることが分かる。
【００３５】
金属ベルト１５がドライブプーリ６およびドリブンプーリ１１に巻き掛けられて回転するとき、その金属リング３３には金属ベルト１５の張力による引張応力と、金属リング３３の曲げによる引張応力（あるいは圧縮応力）とを加算した応力が作用し、その応力が金属リング１５の一回転毎に周期的に変化する。
【００３６】
図７のグラフは、サドル面４４の曲率半径Ｒｓを１５５ｍｍに設定し、金属リング集合体３１の自由状態での曲率半径Ｒｒを１１８ｍｍに設定した場合の、金属リング３３の最大応力σｍａｘを３種類のオフセット量について示すものである。
【００３７】
前述したように、オフセット量−１．７ｍｍのものは、金属リング集合体３１およびネック部３６が常時干渉するため実用には適しておらず、残りのオフセット量−０．７ｍｍのものとオフセット量０．３ｍｍ（実施例）のものとを比較すると、オフセット量０．３ｍｍのものの方が最大応力σｍａｘが低くなっており、耐久性の点で優れていることが分かる。
【００３８】
次に、サドル面４４の曲率半径Ｒｓと金属リング集合体３１の自由状態での曲率半径Ｒｒとの関係について考察する。
【００３９】
図８のグラフは、金属リング集合体３１の自由状態での曲率半径Ｒｒを一定値１１８ｍｍに保ったまま、サドル面４４の曲率半径Ｒｓを１００ｍｍ、１５５ｍｍ（実施例）、２１０ｍｍおよび３００ｍｍの４種類に変化させた場合の、金属リング３３の内面の幅方向の面圧分布を示している。
【００４０】
図９のグラフは、横軸をＲｓ（つまりＲｒを一定値１１８ｍｍとしたときの比Ｒｒ／Ｒｓ）として、前記図７のグラフのＮ部のデータ（ネックサイド）およびＳ部のデータ（幅方向中央部）を書き換えたものである。同図から明らかなように、サドル面４４の曲率半径Ｒｓ増加させることで比Ｒｒ／Ｒｓを減少させるに伴い、金属リング３３の幅方向中央部の面圧は次第に減少するが、金属リング３３のネックサイドの面圧は急激に増加することが分かる。つまり、比Ｒｒ／Ｒｓが０．５以下の領域（サドル面４４の曲率半径Ｒｓが２３６ｍｍ以上の領域）では、ネックサイドの面圧が急激に増加して金属リング集合体３１の耐久性が低下することが分かる。
【００４１】
図１０のグラフは、金属リング集合体３１の自由状態での曲率半径Ｒｒを一定値１１８ｍｍに保ったまま、サドル面４４の曲率半径Ｒｓを１００ｍｍ、１５５ｍｍ（実施例）、２１０ｍｍおよび３００ｍｍの４種類に変化させた場合の、最内周の金属リング３３の応力振幅σａの分布を示している。
【００４２】
図１１のグラフは、横軸をＲｓ（つまりＲｒを一定値１１８ｍｍとしたときの比Ｒｒ／Ｒｓ）として、前記図１０のグラフの４種の応力振幅σａ（左右のネックサイドおよび左右のプーリサイド）の平均値を示すものである。同図から明らかなように、サドル面４４の曲率半径Ｒｓを減少させることで比Ｒｒ／Ｒｓを増加させるに伴い、応力振幅σａの平均値は次第に増加するが、比Ｒｒ／Ｒｓが１．０以上の領域（サドル面４４の曲率半径Ｒｓが１１８ｍｍ以下の領域）では、応力振幅σａの平均値が急激に増加して金属リング集合体３１の耐久性が低下することが分かる。
【００４３】
図１２のグラフは、横軸にオフセット量をとり、縦軸に比Ｒｒ／Ｒｓをとったものであり、白抜きの領域がオフセット量および比Ｒｒ／Ｒｓの好適な組み合わせを示している。 オフセット量＝−１．７ｍｍを示すラインａの左側は、金属リング集合体３１の内端が金属エレメント３２のネック部３６と干渉する理由で不適切な領域である。オフセット量＝（９．２−８．３）／２＝０．４５ｍｍを示すラインｂの右側は、金属リング集合体３１の外端がプーリＶ面４５に強く接触し過ぎる理由で不適切な領域である。
【００４４】
ラインｃは、オフセット量０．３ｍｍに対応する図９の不適切な領域、つまり金属リング集合体３１のネックサイドの面圧が急激に立ち上がる比Ｒｒ／Ｒｓを種々のオフセット量についてプロットしたもので、そのラインｃの下側は、金属リング集合体３１のネックサイドの面圧が急激に立ち上がるという理由で不適切な領域である。オフセット量０．３ｍｍに対するラインｃの交点はＲｒ／Ｒｓ＝０．５である。ラインｃは、図６および図９の関係により決定される。
【００４５】
図１２のＢ点の説明は以下のとおりである。図６より、オフセット量０．３ｍｍ→−０．７ｍｍにて、最大面圧が２５％増加（４０ＭＰａ→５０ＭＰａ）し、その分を比Ｒｒ／Ｒｓでキャンセルするには、図９より限界値０．５を０．５６にする必要がある（２０ＭＰａ→１５ＭＰａ）。
【００４６】
ラインｄは、オフセット量０．３ｍｍに対応する図１１の不適切な領域、つまり金属リング３３の応力の幅方向の平均値が急激に立ち上がる比Ｒｒ／Ｒｓを種々のオフセット量についてプロットしたもので、そのラインｄの上側は、金属リング３３の応力の幅方向の平均値が急激に立ち上がるという理由で不適切な領域である。オフセット量０．３ｍｍに対するラインｄの交点はＲｒ／Ｒｓ＝１．０である。ラインｄは、図７および図１１の関係により決定される。
【００４７】
図１２のＡ点の説明は以下のとおりである。図７より、オフセット量０．３ｍｍ→−０．７ｍｍにて、最大応力が２．５％増加（７２０ＭＰａ→７３８ＭＰａ）し、その分を比Ｒｒ／Ｒｓでキャンセルするには、図１１より限界値１．０を０．６５にする必要がある（５９５ＭＰａ→５８０ＭＰａ）。
【００４８】
ラインｅは図４による、金属リング集合体３１の端部がプーリＶ面４５に付勢されるか否かの境界線であり、全く接しないオフセット量０ｍｍ以下は金属リング集合体３１の挙動が不安定で不適切である。
【００４９】
つまり、ラインｅ，ｂ，ｄ，ｃで囲まれた領域では、金属リング集合体３１のセンタリングが適切に行われ、金属リング集合体３１の端部の摩耗も発生せず、かつ最内周の金属リング３３の内面の面圧を低く抑えて摩耗を抑制することができ、しかも最内周の金属リング３３の応力を低く抑えることができる。その結果として、金属ベルト１５の充分な耐久性を確保することができる。
【００５０】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００５１】
例えば、サドル面４４の曲率半径Ｒｓ、金属リング集合体３１の曲率半径Ｒｒ、オフセット量等の値は実施例に限定されず、適宜変更可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、金属エレメントのサドル面のクラウニングの頂点の位置をサドル面の幅方向中央位置よりも幅方向外側に偏倚させることで、金属リング集合体の幅方向外端をプーリＶ面に当接させたので、プーリＶ面で金属リング集合体を幅方向に位置決めして挙動を安定させ、金属リング集合体の幅方向内端が金属エレメントのネック部に接触するのを防止することができる。プーリＶ面は金属エレメントのネック部に比べて滑らかで段差が存在しないので、金属リング集合体の耐久性を高めることができる。またサドル面のクラウニングの頂点の位置を幅方向外側に偏倚させたことで、金属リング集合体の面圧や応力が増加して耐久性に悪影響を及ぼすこともない。しかも前記偏倚量を、０よりも大きく、かつ金属リング集合体の幅からサドル面の幅を引いた値の半分以下に設定したので、金属リング集合体の幅方向外側がプーリＶ面に強く接触し過ぎるのを防止して接触応力を低減することができ、更に金属リング集合体の耐久性を確保することができる。
【００５３】
また請求項２に記載された発明によれば、金属エレメントのサドル面および金属リング集合体の曲率半径の比を金属リング集合体に加わる負荷に応じて設定したので、金属リング集合体のうち、最も破損開始点となり易い最内周の金属リングの内周面の負荷を軽減して耐久性を更に向上させることができる。
【００５４】
また請求項３に記載された発明によれば、サドル面の両端からの金属リング集合体のオーバーハング量が同一になる偏倚量において、前記比の値を０．５〜１．０の範囲に設定したので、最内周の金属リングの内周面の摩耗に起因する破損を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ベルト式無段変速機を搭載した車両の動力伝達系のスケルトン図
【図２】 金属ベルト部分斜視図
【図３】 金属エレメントの正面図
【図４】 金属リング集合体の内端および金属エレメントのネック部間の距離とオフセット量との関係を示すグラフ
【図５】 最内周の金属リングの最大面圧とオフセット量との関係を示すグラフ
【図６】 種々のオフセット量に対応する最内周の金属リングの最大面圧を示すグラフ
【図７】 種々のオフセット量に対応する金属リングの最大応力を示すグラフ
【図８】 サドル面の曲率半径を変化させた場合の金属リングの内面の幅方向の面圧分布を示すグラフ
【図９】 金属リング集合体の曲率半径とサドル面の曲率半径との比Ｒｒ／Ｒｓに対する金属リングの内面の面圧の変化を示すグラフ
【図１０】 サドル面の曲率半径に対する最内周の金属リングの応力振幅の変化を示すグラフ
【図１１】 金属リング集合体の曲率半径とサドル面の曲率半径との比Ｒｒ／Ｒｓに対する最内周の金属リングの応力振幅の変化を示すグラフ
【図１２】 金属リング集合体の曲率半径とサドル面の曲率半径との比Ｒｒ／Ｒｓおよびオフセット量の好適な領域を示すグラフ
【符号の説明】
６ ドライブプーリ
１１ ドリブンプーリ
３１ 金属リング集合体
３３ 金属リング
３５ リングスロット
４４ サドル面
４５ プーリＶ面
ｐ クラウニングの頂点
ｓ サドル面の幅方向中央位置
Ｒｓ サドル面のクラウニングの曲率半径
Ｒｒ 金属リング集合体のクラウニングの曲率半径
Ｒｒ／Ｒｓ 比
Claims (3)
- 無端状の金属リング（３３）を複数枚積層し、自由状態においてクラウニングを施した金属リング集合体（３１）と、金属リング集合体（３１）が嵌合するリングスロット（３５）にクラウニングを施したサドル面（４４）を形成した多数の金属エレメント（３２）とから構成され、ドライブプーリ（６）およびドリブンプーリ（１１）に巻き掛けられて駆動力の伝達を行う無段変速機用金属ベルトにおいて、
サドル面（４４）のクラウニングの頂点（ｐ）の位置をサドル面（４４）の幅方向中央位置（ｓ）よりも幅方向外側に偏倚させて金属リング集合体（３１）の幅方向外端をプーリＶ面（４５）に当接させるとともに、前記偏倚量を、０よりも大きく、かつ金属リング集合体（３１）の幅からサドル面（４４）の幅を引いた値の半分以下としたことを特徴とする無段変速機用金属ベルト。 - 金属エレメント（３２）のサドル面（４４）のクラウニングの曲率半径（Ｒｓ）と、自由状態における金属リング集合体（３１）のクラウニングの曲率半径（Ｒｒ）との比（Ｒｒ／Ｒｓ）を、金属リング集合体（３１）に加わる負荷に応じて設定したことを特徴とする、請求項１に記載の無段変速機用金属ベルト。
- 前記比（Ｒｒ／Ｒｓ）の値は、運転中のサドル面（４４）の両端からの金属リング集合体（３１）のオーバーハング量が同一になる偏倚量において、０．５〜１．０の範囲であることを特徴とする、請求項２に記載の無段変速機用金属ベルト。
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